JP6340945B2

JP6340945B2 - 連続鋳造用モールドフラックス及び連続鋳造方法

Info

Publication number: JP6340945B2
Application number: JP2014126581A
Authority: JP
Inventors: 亮西岡; 望吉広
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2014-06-19
Filing date: 2014-06-19
Publication date: 2018-06-13
Anticipated expiration: 2034-06-19
Also published as: JP2016002591A

Description

本発明は、連続鋳造時、鋳型内に供給して溶鋼の表面を覆うモールドフラックス、及びこのモールドフラックスを用いた連続鋳造方法に関するものである。本発明は、特に、C 濃度が0.02〜0.07質量％の低炭素鋼を連続鋳造する際に、モールドフラックスが鋳型壁面に沿って焼結することで発生するパウダーリム（以下、単にリムという。）に起因して発生する表面疵及びブレークアウトの抑制を目的としたものである。

鋼の連続鋳造時、前記モールドフラックスは、鋳型内における溶鋼の保温、溶鋼の大気からの遮断、溶鋼中の非金属介在物の溶融除去、鋳型と凝固シェル間の潤滑、凝固シェルの成長制御といった大きな役割を果たしている。

このようなモールドフラックスに関して、従来は、CaO ／SiO₂（以下、塩基度とも言う。）、凝固温度、粘度を中心に開発され、鋳型と凝固シェルの間に生成するモールドフラックスフィルムに関する提案が大多数である（例えば特許文献１，２）。

しかしながら、鋳造性及び鋳片品質に影響を与える要因は前記モールドフラックスフィルムだけではなく、凝固シェルと鋳型間にモールドフラックスが流入する過程で、溶鋼表面位置（以下、メニスカス位置という。）で鋳型壁面に沿って発生する前記リムも大きな要因である。

特許第３２２６８２９号公報特開２０１２−６６３０４号公報

本発明が解決しようとする問題点は、モールドフラックスに関して提案されている従来の技術はモールドフラックスフィルムに関するものが大多数で、リムについては考慮されたものはなかったという点である。

本発明は、
メニスカス位置において鋳型壁面に沿って発生するリムの制御を最適に行うために、
CaO ／SiO₂が0.90〜1.20、MgO が2 〜7 質量％、Na₂Oが3 〜7質量％で、凝固温度が1050〜1150℃、1300℃における粘度が1.0 〜3.0 poise の連続鋳造用モールドフラックスであって、
Na₂O／MgO を0.63以下とし、溶融前のモールドフラックスに含有されるFe源を0.2質量％以上とすることを最も主要な特徴としている。

本発明において、Fe源とは、Feを含む化合物全般をさすが、製品に対して要求される成分範囲への溶鋼汚染を考慮して適宜選択される。例えば、FeO ，Fe₂O₃ 等のスケールがその一例である。

また、本発明において、溶融前のモールドフラックスにFe源が含有されるとは、リムと接する部分の顆粒状のモールドフラックスの表面側部分にFe源が存在している状態をさす。

上記本発明では、低融点化合物であるMgO 、Na₂Oの濃度比である、Na₂O／MgO を0.63以下とすることで、メニスカスに発生するリムの強度を上昇し、リム崩れによる鋳片へのリムの噛み込みを抑制する。また、溶融前のモールドフラックスに含有されるFe源を0.2 質量％以上とすることで、モールドフラックスの凝固温度を低下させる。

本発明では、リム生成においてバインダーの役割を果たす低融点化合物に、液相での表面張力の高いMgO を主体にすることで、リム生成の促進を図っている。また同時に、モールドフラックスの表面にリム生成においてバインダーの役割を果たすFe源を存在させることで、リム生成の促進と強度確保を図っている。従って、リムの崩壊等に伴う表面疵の発生やブレークアウトの発生を効果的に抑制することができる。

リムの噛み込みにより発生する表面疵及びブレークアウトの発生メカニズムを説明する図で、（ａ）はリムの成長過程の説明図、（ｂ）はリム崩れ及び凝固シェルへの巻き込み過程の説明図、（ｃ）はリムが溶融して表面疵やブレークアウトが発生する過程の説明図である。 MgO 源の上昇による表面張力への影響を示した図である。 MgO 源の上昇によりリム強度を確保できる原理を説明する図で、（ａ）は液相の表面張力によりリムが強固に保持されていることを説明する図、（ｂ）は液相の表面張力が弱く、外乱によりリムが欠落することを説明する図である。比較例０，１，２、発明例１，２の表面疵発生率を示した図である。 Na₂O／MgO と表面疵発生率の関係を示した図である。溶融前のモールドフラックスに含有されるFe源濃度と表面疵発生率の関係を示した図である。

発明者らは、連続鋳造鋳片の表面に発生した疵をSEM-EDS 分析（走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：SEM ）と、それに付属するSi/Li半導体検出器、多重波高分析器を用いて得たＸ線スペクトルのピークエネルギから元素の同定、ピーク高さから定量分析するエネルギ分散法（Energy Dispersive Spectroscopy：EDS )）した結果、疵部からは、Ca,Si,Mgなどが検出された。これらはモールドフラックス系のスラグに含有される成分であるため、表面疵はモールドフラックスに起因して発生することを確認した。

一方で、前記表面疵の形態は、モールドフラックスが噛み込んだ形態ではなく、鋳型内での溶鋼の漏れを伴うものであり、その原因は、連続鋳造中にモールドフラックスが鋳型の内壁面に沿って焼結することで発生したリムが崩れて凝固シェルに噛み込んだことによるものであることを確認した。

すなわち、表面疵の原因となるリム１は、連続鋳造中にモールドフラックス２が鋳型３の内壁面に沿って焼結することで発生する（図１（ａ）参照）。そして、このリム１が脆弱で連続鋳造中に崩れた場合、この崩れたリム１ａが凝固シェル４に噛み込むことになる（図１（ｂ）参照）。その結果、凝固シェル４に噛み込まれたリム１ａは溶鋼５が保有する熱によって溶融し、当該溶融箇所から溶鋼５が漏れて表面疵やブレークアウトが発生する（図１（ｃ）参照）。

発明者らは、上記リムに起因して発生する表面疵やブレークアウトの抑制を、リム生成に影響する低融点化合物である、Na₂O及びMgO の配分量に着目した考察を行った。一方で、リム生成のバインダーとなる溶融前のモールドフラックスに含有されるFe源の存在状態についても着目して考察を行った。

まず、溶融前のモールドフラックスに含有されるFe源の量を上昇させることにより、モールドフラックスの凝固温度が低下する。その結果、リムの生成においてバインダーの役割を果たす液相の生成が促進され、リムが成長しやすくなる。

一方で、低融点化合物の中において、MgO を含有させる場合はNa₂Oを含有させる場合に比べて表面張力が大きくなることが知られている（図２参照）。従って、MgO の含有量を増加させることにより、リムの生成において主体となる高融点化合物同士の結合力が強くなり、リムの生成が促進される（図３（ａ）参照）。

また、モールドフラックスにおいて、Na₂O／MgO が0.63より大きい場合、生成するリムはメニスカス付近の1000〜1100℃の雰囲気温度において固液共存状態となる。その結果、生成されるリムは脆弱となって、リムが崩れる（図３（ｂ）参照）。

そこで、本発明では、メニスカス位置において鋳型壁面に沿って発生するリムの成長を促進しつつ、メニスカス付近の雰囲気中でリムの強度を確保できるようにするという目的を、Na₂O／MgO を0.63以下とし、溶融前のモールドフラックスに含有されるFe源を0.2質量％以上とすることで実現した。

すなわち、本発明は、
CaO ／SiO₂が0.90〜1.20、MgO が2 〜7 質量％、Na₂Oが3 〜7質量％で、凝固温度が1050〜1150℃、1300℃における粘度が1.0 〜3.0 poise の連続鋳造用モールドフラックスであって、
Na₂O／MgO を0.63以下とし、溶融前のモールドフラックスに含有されるFe源を0.2質量％以上としているのである。

上記本発明において、CaO ／SiO₂を0.90〜1.20、凝固温度を1050〜1150℃とするのは、本発明で対象とする、C 濃度が0.02〜0.07質量％の低炭素鋼スラブの連続鋳造時に発生する表面割れ（縦割れ）対策とした凝固シェル生成制御に対して適切な成分及び結晶を生成するためである。

また、1300℃における粘度を1.0 〜3.0 poise するのは、前記低炭素鋼スラブを高速で連続鋳造する時に必要な溶融モールドフラックスの流入量を確保して、鋳型と凝固シェルの拘束によるブレークアウトを抑制するためである。

また、MgO を2 〜7 質量％、Na₂Oを3 〜7 質量％、Na₂O／MgO を0.63以下とするのは、連続鋳造時に発生するリムの生成を最適に制御するためである。すなわち、Na₂O／MgO が0.63より大きくなると、メニスカス域のリムは固液共存状態となってその形状を保持できなくなる結果、リム本来の役割である、鋳型オシレーションの上下振動によりリムが溶融状態のモールドフラックスを流入させるポンプの役割を果たすことができなくなり、流入不良が発生するからである。同時に、欠落したリムが凝固シェルに噛み込むことで、鋳片の表面疵となるからである。

また、溶融前のモールドフラックスに0.2 質量％以上のFe源を含有させるのは、リムの生成過程において、リム生成時にバインダーの役割を効果的に果たすようにするためである。すなわち、溶融前のモールドフラックスに含有されるFe源が0.2 質量％未満の場合は、安定したリムの生成が不可能になり、リムの欠落が発生するためである。但し、モールドパウダーのFe源の含有量が多くなると、溶鋼が汚染するので、その上限は5.0 質量％以下であることが望ましい。

上記本発明のモールドフラックスを使用してC 濃度が0.02〜0.07質量％の低炭素鋼スラブを連続鋳造した場合は、ブレークアウトを発生することなく、表面疵の無いスラブを製造することができる。これが本発明の連続鋳造方法である。

以下、本発明の効果を確認するため行った実験結果について説明する。

発明者らは、本発明で規定する範囲を外れた比較対象となるモールドフラックス（比較例０，１，２）、及び本発明のモールドフラックス（発明例１，２）を使用して、低炭素鋼スラブを連続鋳造して、その効果を確認した。

湾曲型及び垂直曲げ型（VB型）連続鋳造機を使用して、下記表１に示した成分組成の低炭素鋼を、1500mm／分の鋳造速度で連続鋳造し、厚み227 mm×幅1250mmのスラブ及び厚み250 mm×幅1260mmのスラブを得、表面疵の発生の有無について調べた。

比較例０，１，２、及び発明例１，２の成分、塩基度、Na₂O／MgO 、凝固温度、1300℃における粘度を下記表２に示す。また、比較例０，１，２、及び発明例１，２を使用して連続鋳造した低炭素鋼スラブの表面疵の発生率を図４に示す。ここで、表面疵の発生率は、常温まで冷却したスラブ毎に目視で表面疵の有無を確認し、モールドフラックス毎の対象スラブ数に対して表面疵が発生したスラブ数の割合を導出した。

比較例１は、溶融前のモールドフラックス粒にFe源を含有させず、Na₂O/MgO のみを比較例０よりも低下させた例である。また、比較例２は、Na₂O/MgO は比較例０と同程度に保ったままリムの生成促進を図り、溶融前のモールドフラックス粒にFe源を含有させた例である。

これに対して、発明例１は、比較例２に対してNa₂O/MgO を小さくすることで、リムの強度増加を図った例である。また、発明例２は、溶融前のモールドフラックス粒に含有させたFe源による溶鋼汚染を考慮し、発明例１に対してFe源の含有量を減少させた例である。

比較例０よりもNa₂O/MgO を低下させた比較例１を使用して鋳造したスラブの場合、表面疵発生率は、比較例０を使用した場合の0.42％に対して0.18％と減少し、改善効果は認められたものの、表面疵発生率を0 ％にすることはできなかった。

これは、溶融前のモールドフラックス粒の表面にFe源が存在しないために、リムが成長するきっかけが無いためである。

また、溶融前のモールドフラックス粒にFe源を含有させた比較例２を使用して鋳造したスラブの場合は、表面疵の発生率は0.20％で、比較例０を使用した場合に比べて改善効果は認められたものの、表面疵の発生率を0 ％にすることはできなかった。

これは溶融前のモールドフラックス粒表面にFe源が存在したことにより、リムは生成しやすくなったものの、Na₂O/MgO が高いためにリムが固液共存状態にあり、リムの形状を保持するのに十分な強度が得られていなかったためである。

これに対して、比較例２に対してNa₂O/MgO を小さくした発明例１は、安定したリムが生成された結果、表面疵の発生率は0 ％で、顕著な改善効果が認められた。また、溶融前のモールドフラックス粒表面のFe源による溶鋼汚染を考慮して発明例１よりもFe源の含有量を減少させた発明例２も、表面疵の発生率は0 ％で、表面疵に対しては良好な結果が得られた。

図５は、比較例２及び発明例１，２における図４に示した表面疵発生率と、低融点化合物であるNa₂O/MgO との関係を示したものである。この図５より、Na₂O/MgOを0.63以下とすれば、表面疵の発生は低位となることを確認できた。

一方、比較例０及び発明例１，２における図４に示した表面疵発生率と、溶融前のモールドフラックス粒のFe源濃度との関係を図６に示す。この図６より、溶融前のモールドフラックス粒のFe源を0.2質量％以上とすることで、表面疵の発生率を低下できることを確認できた。

本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

１リム
１ａ崩れたリム
２モールドフラックス
３鋳型
４凝固シェル

Claims

CaO ／SiO₂が0.90〜1.20、MgO が2 〜7 質量％、Na₂Oが3 〜7質量％で、凝固温度が1050〜1150℃、1300℃における粘度が1.0 〜3.0 poise の連続鋳造用モールドフラックスであって、
Na₂O／MgO を0.63以下とし、溶融前のモールドフラックスに含有されるFe源を0.2質量％以上とすることを特徴とする連続鋳造用モールドフラックス。
C 濃度が0.02〜0.07質量％の低炭素鋼スラブの鋳造において、請求項１に記載の連続鋳造用モールドフラックスを使用することを特徴とする連続鋳造方法。